3D-голография: объемное решение проблемы

То была мечта, рожденная воображением юного фотографа. Майкл Клуг (Michael Klug) еще школьником увлекся фотосъемкой и нередко приходил в отчаяние оттого, что его камера, фиксируя двухмерное изображение, была не в состоянии передать красоту увиденного им. "Порой окружающее поражало меня до дрожи, - вспоминает Клуг. - Я хотел иметь возможность передать свои ощущения другим, но не знал как".
Лишь много лет спустя, став исследователем в Массачусетском технологическом институте, Клуг нашел решение давно занимавшей его проблемы. Он и двое его коллег организовали компанию Zebra Imaging, чтобы обеспечить возможность получать "визуальное ощущение присутствия" с помощью технологии истинной 3D-голографии. В отличие от стереоскопического изображения, используемого голливудскими кинокомпаниями, или других вариантов 3D, истинная 3D-голография точно отражает действительность, воспроизводя в пространстве световые поля или оптические волновые фронты. Хорошо изготовленная голограмма, утверждает Клуг, позволяет зрителю обойти 3D-изображение вокруг и рассмотреть его со всех сторон. Можно входить и выходить из него и даже потрогать его, "коснувшись пальцами фотонов". И при этом становятся не нужны все эти нелепые очки. "Правильно изготовленная голограмма заставляет поверить, что эта вещь действительно перед вами, - рассказывает Клуг, директор по технологиям и один из основателей Zebra Imaging. - Это не просто передача изображения, а полное его описание". Эти его слова - дань уважения нобелевскому лауреату Денешу Габору (Dennis Gabor), который в 1948 году изобрел голографию и придумал сам этот термин, образовав его из греческих слов "holos" ("полный") и "grapho" ("пишу").
Компания Zebra Imaging, базирующаяся в Остине (штат Техас), создает голографические отпечатки, которые приобретают трехмерность при освещении источником света. Клуг утверждает, что эта технология представляет собой мощное средство совместной работы и решения проблем, которое может помочь, например, для наглядного представления архитектурных чертежей, при разведке нефтегазовых месторождений или планировании военных операций. Поскольку люди взаимодействуют с окружающими объектами в трехмерном мире, то, по мнению Клуга, 3D-голограммы вполне соответствуют присущим нам способам обработки зрительной информации: "Уверен, что эта технология на голову превосходит любую альтернативу. Возьмем, например, аэрофотосъемку. На снимках бывает трудно понять, представляет та или иная линия стену или дорожный бордюр. Между тем такие детали чрезвычайно важны, скажем, в военных операциях, когда солдаты должны выполнять патрулирование".
Секрет успеха Zebra Imaging (компания уже получила 38 патентов и подала заявку еще на 80) - в уникальном процессе изготовления голограммы, который начинается с создания 3D-модели на компьютере. За основу берутся собранные данные (например, полученная с помощью системы LIDAR картина городских окрестностей), данные, созданные на компьютере (например, данные пакетов CAD) или их комбинация. На следующем этапе виртуальная камера, движущаяся вдоль плоскости отображения, формирует вид сцены или объекта под разными углами. Затем данные направляются в сложную систему печати, из которой выходит лист пленки, состоящий из тысяч крошечных голографических элементов (сокращенно - hogels), можно сказать, 3D-пикселей. Добавьте простой точечный источник освещения, и дело с концом.
3D-изображение, парящее над страницей, не может не впечатлять. Причем, по словам Клуга, отпечатки не так уж и дороги, стоят от нескольких сотен до нескольких тысяч долларов, в зависимости от размера и других факторов.
Главный футуролог компании Cisco Дэйв Эванс (Dave Evans) отмечает, что в технологии Zebra Imaging использован метод, который отличается от традиционно применяемого в технологии 3D, переживающей сейчас второе рождение в индустрии развлечений: традиционный метод основан на использовании двух углов зрения, что воспринимается мозгом как глубина пространства.
Метод Zebra Imaging сильно отличается и от той технологии, которую компания Cisco и ее партнеры использовали в 2007 году при проведении первой в истории голографической видеоконференции. Тогда приехавший в индийский город Бангалор на открытие Восточного центра глобализации Cisco глава компании Джон Чемберс (John Chambers) появился перед сотрудниками в компании с топ-менеджерами Cisco Мартином Де Биром (Martin De Beer) и Чаком Стаки (Chuck Stucki), хотя те в тот момент находились в другом полушарии - в Сан-Хосе (штат Калифорния). По словам Эванса, для той иллюзии была использована техника, известная как "Призрак Пеппера". Она основана на двухмерных изображениях, и впервые ее применили 150 лет назад. Метод Zebra Imaging отличается и от других способов получения 3D-изображений, таких как фасетчатый глаз насекомого или печать с микролинзами, применяемых для создания занятных картинок, которые иногда можно найти в коробках с сухими завтраками или на ковриках для компьютерных мышек.
Особое впечатление технология Zebra Imaging производит благодаря возможности перехода от статических изображений к динамическим, обновляемым. Недавно компания выполнила заключенный с DARPA контракт по созданию динамического голографического дисплея, позволяющего увеличивать, растягивать, вращать 3D-изображение и выполнять с ним другие действия с помощью мышки. Помимо практического применения, например в медицине или для передачи факсимильных 3D-сообщений, эта технология может поднять на новый уровень развлечения в играх, таких как настольный футбол. "Скоро любая поверхность, будь то стол или настенный дисплей, станет интерактивной и сможет воспроизводить реалистичное 3D-изображение высокого разрешения", - говорит Дэйв Эванс, занимающий должность главного технолога в подразделении Internet Business Solutions Group компании Cisco.
Но, по словам Эванса, перед тем, как этот прекрасный мир будущего материализуется, придется преодолеть немало технических трудностей. Сперва, говорит Эванс, дисплеи должны стать тонкими, гибкими и дешевыми, а компьютеры - дешевыми и достаточно быстродействующими для обработки голографических изображений. И, разумеется, должны кануть в лету нелепые очки. "Уже в ближайшие годы, по мере совершенствования 3D-дисплеев, пользователям очки не понадобятся", - убежден главный футуролог компании Cisco.
Ну и, конечно, для передачи высококачественных 3D-голограмм в режиме реального времени сети должны будут обладать высокой пропускной способностью. Статические отпечатки, изготовляемые Zebra Imaging, содержат до 1,5 терабайт визуальной информации, что значительно превышает пропускную способность даже самых современных сетей. Зато, когда эти и другие проблемы будут, наконец, преодолены, люди испытают настоящий кайф. "Каким мир будет завтра, когда пять миллиардов мобильных устройств смогут записывать 3D, обрабатывать 3D и передавать 3D? - задается вопросом Дэйв Эванс. - Как это изменит наше мироощущение? Думаю, это будет очень впечатляюще".